主要講解存儲在計算機中的數據上是如何進行運算，數據的運算可以分為三大類：算術運算、移位運算和邏輯運算。 邏輯運算：計算機中的數據是以位模式存儲的，邏輯運算是指那些應用于模式中的一個二進制位，或在兩個模式中相應的兩個二進制位的相同基本運算，說人話就是分別針對二進制位進行與、或、非、異或等操作。 移位運算：移動模式中的位，我們可以向左或向右移動位從而改變位的位置，移位運算分成兩大類邏輯移位運算和算術移位運算。

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計算機科學導論學習筆記

前言：當前作為一名IT互聯網從業者，計算機技術日新月異，每天都有新概念、新技術的出現，而像我這樣的萬金油來說，越學到后面就越吃力，遇到瓶頸問題也隨之增多，因為本身非科班出身，加之半路出家，針對于計算機基礎知識掌握不牢或者說是不完整，所以我痛定思痛，下定決心重新學習計算機相關基礎知識，從計算機科學導論，到計算機組成原理，到計算機網絡、到操作系統，到數據結構，到程序算法、到應用開發、到安全運維開發。

今天 (2022年9月1日) 便從大神之路-起始篇,我們要站在巨人們的肩膀上，進行計算機科學導論的 學習，我將總結學習成果筆記，幫助后續入門學習的朋友。

隨著現代計算機的發明，帶來了新的學科，即計算機科學（簡稱計科）一詞上一個非常廣泛的概念，在此處我沒將其定義為計算機相關的問題，現在計算機科學被劃分成幾個領域，總結歸納為兩大類系統領域和應用領域.

• 系統領域：涵蓋那些與硬件和軟件構成直接有關的領域，例如計算機體系結構、計算機網絡、安全問題、操作系統、算法、程序設計語言以及軟件工程。
• 應用領域：涵蓋了與計算機使用有關的領域，例如數據庫、云物聯和人工智能。

參考書籍:【計算機科學導論-第三版 （Foundations Of Computer Science - Third Edition) 】作者： [美] 貝赫魯茲.佛羅贊 (Behrouz Forouzan) PS: 當下已經第四版了、

參考視頻：【計算機導論】計算機科學導論（大神之路-起始篇）

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第 2 部分 數據的表示和運算

描述：該部分包括第2、3和4章，我們分別進行如下學習。

• 第2章討論了數字系統，數量如何能使用符號來表示。

• 第3章討論了不同的數據如何存儲在計算機中。

• 第4章討論了一些基本的算術運算與位(邏輯)運算。

原文地址: https://mp.weixin.qq.com/s/0LaYhi89ujYQPHuLfwnuiA

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4.數據運算

主要講解存儲在計算機中的數據上是如何進行運算，數據的運算可以分為三大類：算術運算、移位運算和邏輯運算。

4.1 邏輯運算

計算機中的數據是以位模式存儲的，邏輯運算是指那些應用于模式中的一個二進制位，或在兩個模式中相應的兩個二進制位的相同基本運算，說人話就是分別針對二進制位進行與、或、非、異或等操作。

意味著我們可以在位層次上和模式層次上定義邏輯運算，模式層次上的邏輯運算是具有相同類型的位層次上的n個邏輯運算，這里的n就是模式中的位的數目。

(1) 位層次上的邏輯運算

一個位可能是0或1,可以假設“0”代表邏輯“假”，而“1”代表邏輯“真”，我們可以應用布爾代數中定義的運算去操縱二進制位為紀念喬治?布爾（George Boole）而命名的布爾代數屬于邏輯的特殊數學領域.

與、或、非、異或

• 邏輯 與 (AND) 運算: 常用運算符&表示, 只要一假都為假, 即參與運算的兩個值,如果兩個相應位都為1,則該位的結果為1,否則為0。

• 邏輯 或 (OR) 運算：常用運算符|表示, 只要一真都為真, 即只要對應的二個二進位有一個為1時，結果位就為1。

• 邏輯 非 (NOT) 運算：常用運算符!表示, 一假變一真，一真變一假, 即一個二進制位為1在進行非運算后結果為0，反之為0時經過非運算后結果為1。

• 邏輯 異或 (XOR) 運算 (發音為“ exclusive-or”)：常用運算符^表示, 真假為真，真真為假，假假也為假, 即當兩對應的二進位相異(分別為0、1)時其結果為1。

  XOR 運算符并不是一個新的運算符，其只是 AND 、OR 、NOT 運算符的組合。

  例如 x XOR y = [ x AND (NOT y) ] OR [ (NOT x) AND y ]

例如，與、或、非、異或位邏輯運算示例

# 邏輯 或 運算 (一真必真)
真：1 & 1 = 1
假：0 & 0 = 0, 0 & 1 = 0, 1 & 0 = 0

# 邏輯 與 運算 (一假必假)
真：1 | 1 = 1, 0 | 1 = 0, 1 | 0 = 0
假：0 | 0 = 0,

# 邏輯 非 運算 (一真一假)
真：!0 = 1 
假：!1 = 0

# 邏輯 異或 運算 （真假必真）
真：1 ^ 0 = 1, 0 ^ 1 = 1
假：0 ^ 0 = 0, 1 ^ 1 = 0

(2) 位模式層次上的邏輯運算

相同的4個運算符（NOT、AND、OR和XOR）可以被應用到n位模式，效果就是對NOT運算來說，把每個運算符應用于每個位，對于其他3個運算符就是把每個運算符應用于相應的位對，有點云里霧里，看了這個例子你就明白了，例如對 10011000 二進制進行 NOT 邏輯運算，將其每個二進制位進行取反則結果為 01100111 。

例如，與、或、非、異或位模式邏輯運算示例

# 1.NOT(非運算符)來計算位模式 10011000
NOT 1 0 0 1 1 0 0 0  | 輸入
    0 1 1 0 0 1 1 1  | 輸出
    
# 2.AND(與運算符)來計算位模式 10011000 和 00101010
    1 0 0 1 1 1 0 0  | 輸入1
AND 0 0 1 0 1 0 1 0  | 輸入2
    0 0 0 0 1 0 0 0  | 輸出
    
# 3.OR(或運算符)來計算位模式 10011000 和 00101010
    1 0 0 1 1 1 0 0  | 輸入1
OR  0 0 1 0 1 0 1 0  | 輸入2
    1 0 1 1 1 1 1 0  | 輸出
    
# 4.XOR(異或運算符)來計算位模式 10011000 和 00101010    
    1 0 0 1 1 1 0 0  | 輸入1
XOR 0 0 1 0 1 0 1 0  | 輸入2
    1 0 1 1 0 1 1 0  | 輸出

四種邏輯運算的應用

• 求反：NOT運算符的唯一應用就是對整個模式求反。
• 使指定的位復位：AND運算的一個應用就是把一個位模式的指定位進行復位（置0），通常叫做掩碼復位模式.
• 對指定的位置位：OR運算的一個應用是把一個位模式的指定位進行置位（置1）.
• 使指定的位反轉：XOR運算的針對位模式中指定的位進行反轉（求反）。

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本文至此完畢，更多技術文章，盡情期待下一章節！

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